Λογικές μάρκες. Μέρος 3

Λογικές μάρκες. Μέρος 1

Λογικές μάρκες. Μέρος 2 - Πύλες

Γνωρίστε το ψηφιακό τσιπ

Στο δεύτερο μέρος του άρθρου, μιλήσαμε για υπό όρους γραφικούς χαρακτηρισμούς των λογικών στοιχείων και των λειτουργιών που εκτελούνται από αυτά τα στοιχεία.

Για να εξηγήσουμε την αρχή της λειτουργίας, δόθηκαν κυκλώματα επαφής που εκτελούν τις λογικές λειτουργίες AND, OR, NOT και AND-NOT. Τώρα μπορείτε να ξεκινήσετε την πρακτική γνωριμία με τα μικροκυκλώματα της σειράς K155.

Εμφάνιση και σχεδιασμός

Το βασικό στοιχείο της 155ης σειράς είναι το τσιπ K155LA3. Πρόκειται για πλαστική θήκη με 14 καλώδια, στην πάνω πλευρά της οποίας σημειώνεται και ένα κλειδί που υποδεικνύει την πρώτη έξοδο του τσιπ.

Το κλειδί είναι ένα μικρό στρογγυλό σημάδι. Εάν κοιτάξετε το μικροκυκλώματα από πάνω (από την πλευρά της θήκης), τότε τα συμπεράσματα πρέπει να μετρηθούν αριστερόστροφα, και αν από κάτω, τότε δεξιόστροφα.

Ένα σχέδιο της θήκης του μικροκυκλώματος παρουσιάζεται στο σχήμα 1. Μια τέτοια περίπτωση ονομάζεται DIP-14, η οποία μεταφράζεται από την αγγλική ως πλαστική θήκη με διάταξη δύο ακίδων ακίδων. Πολλά μικροκυκλώματα έχουν μεγαλύτερο αριθμό ακίδων και επομένως η περίπτωση μπορεί να είναι DIP-16, DIP-20, DIP-24 και ακόμη DIP-40.

Εικόνα 1. Περίβλημα DIP-14.

Τι περιέχεται στην περίπτωση αυτή

Στη συσκευασία DIP-14 του μικροκυκλώματος K155LA3 περιέχει 4 ανεξάρτητα στοιχεία 2I-NOT. Το μόνο πράγμα που τα ενώνει είναι μόνο τα γενικά συμπεράσματα εξουσίας: η 14η έξοδος του μικροκυκλώματος είναι + η πηγή ισχύος, και ο ακροδέκτης 7 είναι ο αρνητικός πόλος της πηγής.

Για να μην συσσωρευτεί το κύκλωμα με περιττά στοιχεία, οι γραμμές μεταφοράς ενέργειας, κατά κανόνα, δεν εμφανίζονται. Αυτό δεν γίνεται επίσης επειδή κάθε ένα από τα τέσσερα στοιχεία 2I-NOT μπορεί να εντοπιστεί σε διαφορετικά σημεία του κυκλώματος. Συνήθως γράφουν απλά στα κυκλώματα: "+ 5V οδηγούν στα συμπεράσματα 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V οδηγούν στα συμπεράσματα 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Τα ξεχωριστά τοποθετημένα στοιχεία ορίζονται ως DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Το σχήμα 2 δείχνει ότι το τσιπ K155LA3 αποτελείται από τέσσερα στοιχεία 2I-NOT. Όπως ήδη αναφέρθηκε στο δεύτερο μέρος του άρθρου, τα συμπεράσματα εισόδου βρίσκονται στα αριστερά και οι εξόδους στα δεξιά.

Το ξένο ομόλογο K155LA3 είναι το τσιπ SN7400 και μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια για όλα τα πειράματα που περιγράφονται παρακάτω. Για να είμαστε ακριβέστεροι, ολόκληρη η σειρά των μάρκες K155 είναι ανάλογη της αλλοδαπής σειράς SN74, έτσι πωλητές στις αγορές ραδιοφώνου προσφέρουν ακριβώς αυτό.

Εικόνα 2. Το pinout του τσιπ K155LA3.

Για να διεξάγετε πειράματα με ένα μικροκυκλώνα, θα χρειαστείτε τροφοδοτικό Τάση 5V. Ο ευκολότερος τρόπος για να γίνει μια τέτοια πηγή είναι να χρησιμοποιήσετε το τσιπ σταθεροποίησης K142EN5A ή την εισαγόμενη έκδοση του, που ονομάζεται 7805. Στην περίπτωση αυτή, δεν είναι απαραίτητο να βυθιστεί ο μετασχηματιστής, να συγκολληθεί η γέφυρα, να εγκατασταθούν πυκνωτές. Μετά από όλα, υπάρχει πάντα κάποιο κινεζικό προσαρμογέα δικτύου με τάση 12V, στην οποία αρκεί να συνδέσετε το 7805, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.

Εικόνα 3. Μια απλή πηγή ενέργειας για πειράματα.

Για να πραγματοποιήσετε πειράματα με το μικροκυκλώνα, θα χρειαστεί να κάνετε ένα μικρό μέγεθος breadboard. Είναι ένα κομμάτι getinax, υαλοβάμβακα ή άλλο παρόμοιο μονωτικό υλικό με διαστάσεις 100 * 70 mm. Ακόμη και απλό κόντρα πλακέ ή παχύ χαρτόνι είναι κατάλληλο για τέτοιους σκοπούς.

Κατά μήκος των μακρών πλευρών του πίνακα, οι ενισχυμένοι αγωγοί πρέπει να ενισχυθούν με πάχος περίπου 1,5 mm, μέσω του οποίου θα τροφοδοτηθεί ενέργεια στα μικροκυκλώματα (ηλεκτρικά δίκτυα). Μεταξύ των αγωγών σε ολόκληρη την περιοχή του breadboard, τρυπήστε οπές με διάμετρο όχι μεγαλύτερη από 1 mm.

Κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων, θα είναι δυνατή η εισαγωγή τεμαχίων κονσερβών σε αυτά, στα οποία θα συγκολληθούν πυκνωτές, αντιστάσεις και άλλα ραδιοσυσκευάσματα. Στις γωνίες του πίνακα, θα πρέπει να κάνετε χαμηλά πόδια, αυτό θα καταστήσει δυνατή την τοποθέτηση των καλωδίων από κάτω.Ο σχεδιασμός του breadboard φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4. Πίνακας ανάπτυξης.

Αφού το breadboard είναι έτοιμο, μπορείτε να αρχίσετε να δοκιμάζετε. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να εγκατασταθεί τουλάχιστον ένα τσιπ K155LA3: συνδέστε τους πείρους 14 και 7 στους ηλεκτροκινητήρες και κάμψτε τους υπόλοιπους ακροδέκτες έτσι ώστε να βρίσκονται πάνω στον πίνακα.

Πριν ξεκινήσετε τα πειράματα, πρέπει να ελέγξετε την αξιοπιστία της συγκόλλησης, η σωστή σύνδεση της τάσης τροφοδοσίας (η σύνδεση της τάσης τροφοδοσίας στην αντίστροφη πολικότητα μπορεί να προκαλέσει ζημιά στον μικροκυκλώτη) και επίσης να ελέγξετε εάν υπάρχει βραχυκύκλωμα μεταξύ γειτονικών ακροδεκτών. Μετά από αυτόν τον έλεγχο, μπορείτε να ενεργοποιήσετε τη λειτουργία και να ξεκινήσετε τα πειράματα.

Κατάλληλο για μετρήσεις επιλέξτε βολτόμετροτων οποίων η σύνθετη αντίσταση εισόδου είναι τουλάχιστον 10K / V. Κάθε δοκιμαστής, ακόμα και φτηνός Κινέζος, ικανοποιεί πλήρως αυτή την απαίτηση.

Γιατί είναι καλύτερο να αλλάζετε; Επειδή, παρατηρώντας τις διακυμάνσεις του βέλους, μπορείτε να παρατηρήσετε παλμούς τάσης, φυσικά με μια αρκετά χαμηλή συχνότητα. Ένα ψηφιακό πολύμετρο δεν έχει αυτήν την ικανότητα. Όλες οι μετρήσεις πρέπει να πραγματοποιούνται σε σχέση με το "μείον" της πηγής ενέργειας.

Αφού ενεργοποιηθεί η τροφοδοσία, μετρήστε την τάση σε όλες τις ακίδες του μικροκυκλώματος: στις τάσεις εισόδου 1 και 2, 4 και 5, 9 και 10, 12 και 13, η τάση πρέπει να είναι 1,4V. Και στα τερματικά εξόδου 3, 6, 8, 11 περίπου 0.3V. Αν όλες οι τάσεις βρίσκονται εντός των καθορισμένων ορίων, τότε η μικροκυκλοφορία είναι λειτουργική.

Εικόνα 5. Απλά πειράματα με λογικό στοιχείο.

Η δοκιμή της λειτουργίας του λογικού στοιχείου 2 ΚΑΙ ΟΧΙ μπορεί να ξεκινήσει, για παράδειγμα, από το πρώτο στοιχείο. Οι ακίδες εισόδου 1 και 2 και η έξοδος 3. Για να εφαρμοστεί ένα λογικό μηδενικό σήμα στην είσοδο, αρκεί απλά να συνδέσετε αυτή την είσοδο με το αρνητικό (κοινό) σύρμα της πηγής τροφοδοσίας. Εάν απαιτείται εισαγωγή λογικής μονάδας, αυτή η είσοδος πρέπει να συνδεθεί στον δίαυλο + 5V, αλλά όχι απευθείας, αλλά μέσω περιοριστικής αντίστασης με αντίσταση 1 ... 1,5 KOhm.

Ας υποθέσουμε ότι συνδέσαμε την είσοδο 2 σε ένα κοινό καλώδιο παρέχοντας έτσι ένα λογικό μηδέν σε αυτό και στην είσοδο 1 τροφοδοτήσαμε μια λογική μονάδα, όπως ακριβώς υποδείχθηκε μέσω της αντίστασης τερματισμού R1. Αυτή η σύνδεση φαίνεται στο σχήμα 5α. Εάν, με μια τέτοια σύνδεση, μετρηθεί η τάση στην έξοδο του στοιχείου, τότε το βολτόμετρο θα δείξει 3,5 ... 4,5V, που αντιστοιχεί σε μια λογική μονάδα. Η λογική μονάδα θα δώσει μια μέτρηση της τάσης στον ακροδέκτη 1.

Αυτό συμπίπτει εντελώς με αυτό που παρουσιάστηκε στο δεύτερο μέρος του άρθρου σχετικά με το παράδειγμα του κυκλώματος επαφής ρελέ 21-NOT. Με βάση τα αποτελέσματα των μετρήσεων, μπορεί να γίνει το ακόλουθο συμπέρασμα: όταν μία από τις εισόδους του στοιχείου 2I-NOT είναι υψηλή και η άλλη είναι χαμηλή, η έξοδος είναι σίγουρο ότι θα έχει υψηλό επίπεδο.

Στη συνέχεια, θα εκτελέσουμε το ακόλουθο πείραμα - θα παρέχουμε μια μονάδα και στις δύο εισόδους ταυτόχρονα, όπως υποδεικνύεται στο Σχήμα 5β, αλλά θα συνδέσουμε μία από τις εισόδους, για παράδειγμα 2, σε ένα κοινό καλώδιο χρησιμοποιώντας έναν βραχυκυκλωτήρα. (Για τέτοιους σκοπούς, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε μια κανονική βελόνα ραψίματος συγκολλημένη σε εύκαμπτη καλωδίωση). Αν τώρα μετρήσουμε την τάση στην έξοδο του στοιχείου, τότε, όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, θα υπάρχει μια λογική μονάδα.

Χωρίς να διακόψουμε τις μετρήσεις, αφαιρούμε τον βραχυκυκλωτήρα - το βολτόμετρο θα δείξει υψηλό επίπεδο στην έξοδο του στοιχείου. Αυτό είναι απολύτως συμβατό με τη λογική του στοιχείου 2I-NOT, η οποία μπορεί να επαληθευτεί με αναφορά στο διάγραμμα επικοινωνίας στο δεύτερο μέρος του άρθρου, καθώς και με την εξέταση του πίνακα αληθείας που εμφανίζεται εκεί.

Εάν αυτός ο βραχυκυκλωτήρας είναι τώρα περιοδικά κλειστός στο κοινό καλώδιο οποιασδήποτε από τις εισόδους, προσομοιάζοντας μια τροφοδοσία χαμηλής και υψηλής στάθμης, τότε χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο η έξοδος μπορεί να ανιχνεύσει παλμούς τάσης - το βέλος θα ταλαντεύεται εγκαίρως με το jumper να αγγίζει την είσοδο του μικροκυκλώματος.

Τα παρακάτω συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν από τα πειράματα: η χαμηλή τάση στην έξοδο θα εμφανιστεί μόνο όταν υπάρχει υψηλή στάθμη και στις δύο εισόδους, δηλαδή η συνθήκη 2Ι ικανοποιείται στις εισόδους.Εάν τουλάχιστον μία από τις εισόδους περιέχει λογικό μηδέν, η έξοδος έχει μια λογική μονάδα, μπορούμε να επαναλάβουμε ότι η λογική του μικροκυκλώματος είναι πλήρως συνεπής με τη λογική του κυκλώματος επαφής 2I-NOT που εξετάζεται στο δεύτερο μέρος του άρθρου.

Εδώ είναι σκόπιμο να κάνουμε ένα ακόμα πείραμα. Το νόημά του είναι να απενεργοποιήσετε όλες τις ακίδες εισόδου, απλώς να τις αφήσετε στον "αέρα" και να μετρήσετε την τάση εξόδου του στοιχείου. Τι θα είναι εκεί; Αυτό είναι σωστό, θα υπάρχει μια λογική μηδενική τάση. Αυτό υποδηλώνει ότι οι μη συνδεδεμένες εισόδους των λογικών στοιχείων είναι ισοδύναμες με τις εισόδους με τη λογική μονάδα που εφαρμόζεται σε αυτά. Δεν πρέπει να ξεχάσετε αυτό το χαρακτηριστικό, αν και οι αχρησιμοποίητες εισόδους συνήθως συνιστώνται να συνδεθούν κάπου.

Το σχήμα 5c δείχνει πώς ένα λογικό στοιχείο 2I-NOT μπορεί απλά να μετατραπεί σε μετατροπέα. Για να το κάνετε αυτό, συνδέστε απλώς και τις δύο εισόδους του. (Ακόμη και αν υπάρχουν τέσσερις ή οκτώ εισόδους, μια τέτοια σύνδεση είναι αποδεκτή).

Για να βεβαιωθείτε ότι το σήμα στην έξοδο έχει μια τιμή αντίθετη από το σήμα στην είσοδο, αρκεί να συνδέσετε τις εισόδους με ένα καλώδιο jumper σε ένα κοινό καλώδιο, δηλαδή να εφαρμόσετε ένα λογικό μηδέν στην είσοδο. Σε αυτή την περίπτωση, ένα βολτόμετρο συνδεδεμένο στην έξοδο του στοιχείου θα παρουσιάσει μια λογική μονάδα. Εάν ανοίξετε τον βραχυκυκλωτήρα, στην έξοδο θα εμφανιστεί μια τάση χαμηλού επιπέδου, η οποία είναι ακριβώς το αντίθετο της τάσης εισόδου.

Αυτή η εμπειρία δείχνει ότι η λειτουργία του μετατροπέα είναι απολύτως ισοδύναμη με τη λειτουργία του κυκλώματος επαφής που δεν εξετάζεται στο δεύτερο μέρος του αντικειμένου. Τέτοιες είναι οι γενικά υπέροχες ιδιότητες του τσιπ 2I-NOT. Για να απαντήσετε στο ερώτημα πώς όλα αυτά συμβαίνουν, θα πρέπει να εξετάσετε το ηλεκτρικό κύκλωμα του στοιχείου 2I-NOT.

Η εσωτερική δομή του στοιχείου 2 ΔΕΝ είναι

Μέχρι τώρα, θεωρήσαμε ένα λογικό στοιχείο στο επίπεδο του γραφικού χαρακτηρισμού του, λαμβάνοντας αυτό, όπως λένε στα μαθηματικά ως ένα "μαύρο κουτί": χωρίς να βρεθούν λεπτομέρειες για την εσωτερική δομή του στοιχείου, εξετάσαμε την ανταπόκρισή του στα σήματα εισόδου. Τώρα είναι καιρός να μελετήσουμε την εσωτερική δομή του λογικού μας στοιχείου, που φαίνεται στο Σχήμα 6.

Σχήμα 6. Το ηλεκτρικό κύκλωμα του λογικού στοιχείου 2I-NOT.

Το κύκλωμα περιέχει τέσσερα τρανζίστορ της δομής n-p-n, τρεις διόδους και πέντε αντιστάτες. Υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ των τρανζίστορ (χωρίς πυκνωτές απομόνωσης), που τους επιτρέπει να εργάζονται με σταθερές τάσεις. Το φορτίο εξόδου του τσιπ συμβατικά παρουσιάζεται σαν ένας αντιστάτης Rn. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι συνήθως η είσοδος ή αρκετές εισόδους των ίδιων ψηφιακών κυκλωμάτων.

Το πρώτο τρανζίστορ είναι πολυεκπομπή. Είναι αυτός που εκτελεί τη λογική λειτουργία εισόδου 2Ι και τα ακόλουθα τρανζίστορ εκτελούν την ενίσχυση και αντιστροφή του σήματος. Μικροκυκλώματα που κατασκευάζονται σύμφωνα με ένα παρόμοιο σχήμα ονομάζονται λογική τρανζίστορ-τρανζίστορ, συντομογραφία TTL.

Αυτή η συντομογραφία αντανακλά το γεγονός ότι οι λειτουργίες λογικής εισόδου και η επακόλουθη ενίσχυση και αναστροφή εκτελούνται από στοιχεία τρανζίστορ του κυκλώματος. Εκτός από το TTL, υπάρχει και λογική τρανζίστορ διόδου (DTL), τα λογικά στάδια των οποίων εισάγονται σε διόδους που βρίσκονται, φυσικά, μέσα στο μικροκυκλώματα.

Σχήμα 7

Στις εισόδους του λογικού στοιχείου 2I-NOT μεταξύ των εκπομπόδων του τρανζίστορ εισόδου και του κοινού καλωδίου, εγκαθίστανται οι δίοδοι VD1 και VD2. Σκοπός τους είναι να προστατεύσουν την είσοδο από τάση αρνητικής πολικότητας, η οποία μπορεί να προκύψει ως αποτέλεσμα της αυτό-επαγωγής των στοιχείων συναρμολόγησης όταν το κύκλωμα λειτουργεί σε υψηλές συχνότητες ή απλώς κατατεθεί κατά λάθος από εξωτερικές πηγές.

Το τρανζίστορ εισόδου VT1 συνδέεται σύμφωνα με το σχήμα με μια κοινή βάση και το φορτίο του είναι το τρανζίστορ VT2, το οποίο έχει δύο φορτία. Στον πομπό, αυτό είναι ο αντιστάτης R3, και στον συλλέκτη R2. Έτσι, επιτυγχάνεται ένας μετατροπέας φάσης για το στάδιο εξόδου στα τρανζίστορ VT3 και VT4, πράγμα που τους κάνει να λειτουργούν σε αντιφασική κατάσταση: όταν το VT3 είναι κλειστό, το VT4 είναι ανοιχτό και το αντίστροφο.

Ας υποθέσουμε ότι και οι δύο εισόδους του στοιχείου 2 ΔΕΝ τροφοδοτούνται σε χαμηλό επίπεδο. Για να γίνει αυτό, απλά συνδέστε αυτές τις εισόδους σε ένα κοινό καλώδιο.Στην περίπτωση αυτή, το τρανζίστορ VT1 θα είναι ανοιχτό, πράγμα που συνεπάγεται το κλείσιμο των τρανζίστορ VT2 και VT4. Το τρανζίστορ VT3 θα είναι ανοιχτό και μέσω αυτού και της δίοδος VD3, το ρεύμα ρέει στο φορτίο - στην έξοδο του στοιχείου είναι μια κατάσταση υψηλού επιπέδου (λογική μονάδα).

Στην περίπτωση που το λογικό τρανζίστορ VT1 είναι κλειστό και στις δύο εισόδους, ανοίγει τα τρανζίστορ VT2 και VT4. Λόγω του ανοίγματος τους, το τρανζίστορ VT3 κλείνει και το ρεύμα από το φορτίο σταματά. Στην έξοδο του στοιχείου, τίθεται μηδενική κατάσταση ή χαμηλή τάση.

Η στάθμη χαμηλής τάσης οφείλεται σε πτώση τάσης στη διασταύρωση του συλλέκτη-εκπομπού του ανοικτού τρανζίστορ VT4 και, σύμφωνα με τις προδιαγραφές, δεν υπερβαίνει τα 0,4V.

Η τάση υψηλού επιπέδου στην έξοδο του στοιχείου είναι μικρότερη από την τάση τροφοδοσίας από το μέγεθος της πτώσης τάσης κατά μήκος του ανοικτού τρανζίστορ VT3 και της διόδου VD3 στην περίπτωση που το τρανζίστορ VT4 είναι κλειστό. Η τάση υψηλού επιπέδου στην έξοδο του στοιχείου εξαρτάται από το φορτίο, αλλά δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 2.4V.

Αν εφαρμόζεται μία πολύ αργά μεταβαλλόμενη τάση, κυμαινόμενη από 0 ... 5ν, στις εισόδους του στοιχείου που συνδέεται μεταξύ τους, τότε μπορεί να φανεί ότι η μετάβαση του στοιχείου από ένα υψηλό επίπεδο σε ένα χαμηλό επίπεδο συμβαίνει σταδιακά. Αυτή η μετάβαση εκτελείται τη στιγμή που η τάση στις εισόδους φτάνει σε επίπεδο περίπου 1,2V. Μια τέτοια τάση για την 155η σειρά μικροκυκλωμάτων ονομάζεται κατώφλι.

Αυτό μπορεί να θεωρηθεί γενική γνωριμία με το στοιχείο 2I-NOT complete. Στο επόμενο μέρος του άρθρου θα γνωρίσουμε τη συσκευή με διάφορες απλές συσκευές, όπως διάφορες γεννήτριες και διαμορφωτές παλμών.

Μπόρις Άλνταλσκιν

Συνέχεια του άρθρου: Λογικές μάρκες. Μέρος 4

Ηλεκτρονικό βιβλίο -Οδηγός αρχαρίων για τους μικροελεγκτές AVR